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Improved feedback control of wall stabilized kink modes with different plasma–wall couplings and mode rotation

Q Peng, J P Levesque, C C Stoafer, J Bialek, P Byrne, P E Hughes, M E Mauel, G A Navratil, D J Rhodes2016年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A new algorithm for feedback control of rotating, wall-stabilized kink modes in the High Beta Tokamak-Extended Pulse (HBT-EP) device maintains an accurate phase shift between the perturbation and the measured rotating mode through current control, with control power emphasizing fast rotation and phase jumps over fast amplitude changes. In HBT-EP, wall-stabilized kink modes become unstable above the ideal wall stability limit, and feedback suppression is aimed at delaying the onset of discharge disruption through reduction of the kink mode amplitude. Performance of the new feedback algorithm is tested under different experimental conditions, including variation of the plasma–wall coupling, insertion of a ferritic wall, changing mode rotation frequency over the range of 4–8 kHz using an internal biased electrode, and adjusting the feedback phase-angle to accelerate, amplify, or suppress the mode. We find the previously reported excitation of the slowly rotating mode at high feedback gain in HBT-EP is mitigated by the current control scheme. We also find good agreement between the observed and predicted changes to the mode rotation frequency and amplitude. When ferritic material is introduced, or the plasma–wall coupling becomes weaker as the walls are retracted from plasma, the feedback gain needs to be increased to achieve the same level of suppression. When mode rotation is slowed by a biased electrode, the feedback system still achieves mode suppression, and demonstrates wide bandwidth effectiveness.

日本語訳

HBT-EP(High Beta Tokamak-Extended Pulse)装置における回転する壁安定化キンクモードのフィードバック制御のための新しいアルゴリズムは、電流制御を通じて摂動と測定された回転モードの間の位相を正確に維持し、制御電力は高速な振幅変化よりも高速回転と位相ジャンプを重視する。HBT-EPにおいて、壁安定化キンクモードは理想壁安定性限界を超えると不安定になり、フィードバック抑制はキンクモード振幅の低減を通じて放電の崩壊開始を遅延させることを目的とする。新しいフィードバックアルゴリズムの性能は、プラズマ-壁結合の変化、フェライト壁の挿入、内部バイアス電極を用いた4〜8 kHz範囲でのモード回転周波数の変更、およびフィードバック位相角の調整によるモードの加速・増幅・抑制など、様々な実験条件下で試験される。HBT-EPにおいて高フィードバック利得で低速回転モードが励起されるという既報の結果が、電流制御方式によって緩和されることを見出した。また、モード回転周波数と振幅の観測結果と予測結果の間に良好な一致が見られる。フェライト材料が導入されるか、プラズマ-壁結合が壁の後退により弱まると、同じ抑制レベルを達成するためにフィードバック利得を増加させる必要がある。バイアス電極によりモード回転が遅くなった場合でも、フィードバックシステムはモード抑制を達成し、広帯域の有効性を示す。

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Kink mode
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